SCR脱硝技术导致空预器堵灰的分析与处理

胡增旗　王磊

摘 要：以河北国华定洲发电有限责任公司为例，结合其生产实际，分析了电站锅炉采取SCR脱硝技术后对空预器堵灰的影响，提出了预防空预器堵灰的措施和解决方案。

关键词：SCR脱硝技术；空预器；氮氧化物；脱硝装置

中图分类号：X773；TM621.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0059-02

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，据统计，我国67%的氮氧化物（NOx）排放来自于煤炭的燃烧。火电厂锅炉燃煤NOx排放控制是我国NOx排放总量控制的关键所在，随着《火电厂大气污染物控制排放标准》和《大气污染防治法》的颁布，越来越多的火电厂采取安装脱硝装置来控制NOx的排放。近年来，在火电厂进行脱硝改造中，SCR技术（选择性催化还原技术）以高脱硝率、几乎没有二次污染等特点，成为控制NOx排放的主流技术之一。然而，随着SCR脱硝系统的运行，空气预热器的阻力呈现增加的趋势，部分电厂出现空气预热器严重堵塞的现象，导致不得不停机清洗。

客观来说，火电厂进行SCR烟气脱硝改造之后，空气预热器阻力增加是不可避免的。此外，由于采用SCR技术使空预器运行条件发生变化，增大了空气预热器堵塞的可能性。河北国华定洲发电有限责任公司3号机组采用SCR脱硝技术投产以来，空预器多次出现蓄热元件冷端低温腐蚀堵灰的现象。图1、图2分别反映了空预器堵灰严重程度的照片和趋势，从图中可以看出，采取SCR脱硝技术后空预器堵塞程度较严重，且堵塞速度较快。

1 投入SCR脱硝后空预器堵灰机理分析

安装SCR脱硝系统后，对空预器的运行主要有以下影响：①在火电厂空气预热器烟气环境下，SCR 脱硝系统中的逸出氨（NH3）与烟气中的SO3、水蒸气生成硫酸氢铵凝结物，即NH3+SO3+H2O→NH4HSO4.硫酸氢铵在不同的温度下，会呈现出气态、液态或颗粒状等不同的状态。在150～200 ℃ 范围内，硫酸氢铵呈现为液态，而这一温度段正好属于空气预热器的中、低温段。液态的硫酸氢铵凝结物具有很大的黏性，附着在空气预热器受热面上，会捕捉烟气中的飞灰，严重影响了空气预热器的阻力和流通换热能力，同时，硫酸氢铵凝结物呈中度酸性，再次加剧了换热元件的腐蚀和堵灰。②火电厂燃煤生成的SO2在SCR脱硝装置中的活性成分V2O5的催化作用下生成SO3，烟气中SO2向SO3的转化率增加，即烟气中的SO3含量增加，加速了NH4HSO4的生成，同时也造成烟气酸露点温度升高。在这两个因素综合作用下，加剧了空气预热器的酸腐蚀和堵灰。③火电厂锅炉安装了SCR装置后，与原空预器比较，烟气通过该SCR装置阻力增加，造成SCR 空气预热器的热端压差增加了约25%，空气预热器的漏风率随之增加10%左右，漏风的增加进一步降低了空气预热器排烟温度，造成空预器低温腐蚀。

综上分析，SCR脱硝装置安装后，反应生成的硫酸氢铵在空气预热器受热面上的沉积是影响空气预热器堵塞的直接原因。而影响硫酸氢铵生成的主要反应物有NH3，SO3和H2O，减少硫酸氢铵生成可以从控制以上三种反应物含量入手。此外，为了降低SCR装置投产后的影响，还应对空预器进行必要的改造。

2 采用SCR脱硝技术后空预器堵灰预防和处理措施

2.1 降低烟气中NH4HSO4生成所需反应介质含量

2.1.1 降低烟气中NH3的含量

减少烟气中NH3的含量主要从控制进入催化剂之前NH3/NOx混合均匀性、减少NH3的逃逸率、控制烟气温度、提高SCR催化剂的催化活性等方面入手。一般NH3的逃逸率小于百万分之二、SCR装置反应空间烟气温度在300～430 ℃之间，有利于促进NH3充分反应，减少NH4HSO4生成。

2.1.2 减少烟气中SO3的生成

采用SCR方式后，催化剂中的钒不可避免地加快了SO2转化为SO3，使SO3增多。为了减少SO3的生成，应该采用低硫煤优化燃烧。

2.1.3 减少反应介质H2O的生成

烟气中H2O主要来源是锅炉燃烧所需空气结露和空预器蒸汽吹灰带入的水蒸气。为了减少该反应的介质，应及时安装风烟系统暖风器，以提高排烟温度，避免结露；采用声波吹灰器，避免水源带入。

2.2 对空预器结构和安装优化设计

针对锅炉加装SCR系统后对空预器产生的不利影响，需要对原空预器进行必要的改造，主要的方案有：①由于空气预热器中换热元件长期暴露在易腐蚀性、含尘的烟气环境下，所以选择换热器元件时应考虑其材质。原来空预器广泛采用碳钢和低合金耐腐蚀钢（LACR）用来制作换热器元件。但是在采取SCR脱硝方案后，需要调整和改造原空预器换热元件。镀搪瓷的换热元件由于具备较强的耐腐蚀能力、高强的耐机械和热冲击能力、较好的耐气流冲刷和磨损能力而被广泛采用。在硫酸氢铵容易生成的区域需使用镀搪瓷材料，来降低硫酸氢铵的沉积速率和酸的腐蚀速率。②空预器蓄热片采用闭式换热元件，闭式换热元件吹灰介质的能量能够有效地集中在某个通道内，但不会扩散到相邻通道内，这样会得到更好的吹灰效果。而对于开式换热元件，吹灰介质的能量会扩散到相邻通道中，沉积物受到的吹灰能力相对就弱一些，吹灰效果差。③针对SCR 空气预热器易堵灰的特点，在SCR 空预器的冷端需配置带高压水冲洗的双介质吹灰清洗装置。该装置为在线高压水冲洗系统中配置高压水泵，可以很大幅度地提高吹灰清洗效果。当空预器出现较严重堵灰迹象时，及时进行在线水冲洗。由于硫酸氢铵附着在换热器表面之后呈现出既黏又硬的特性，蒸汽吹灰不能有效地去除硫酸氢铵。当逃逸氨浓度和SO3浓度频繁超过百万分之二时，蒸汽吹灰器的效果较差，需要用高压水冲洗的方法来去除沉积的硫酸氢铵。④加装 SCR后，提高了空预器的热端差压，从而提高了漏风率。所以，需要改造空预器的密封系统，以降低漏风率。

3 结束语

逃逸氨在SCR烟气脱硝系统中是不可避免的，而SO3的含量在SCR烟气脱硝系统中也必然是会有所增加，而生成硫酸氢铵的温度区间恰好与空气预热器中换热元件的温度区间有重叠。所以当火电厂增加SCR脱硝系统之后，在空气预热器中必然会出现硫酸氢铵。但是优秀的SCR脱硝系统和空气预热器系统设计以及良好的运行操作维护是可以在很大程度上减轻或者避免硫酸氢铵对空气预热器的负面影响。

合理降低烟气中NH4HSO4生成所需的反应介质含量，有利于解决空预器堵灰的难题。通过减少SO3浓度、减少NH3逃逸率、采用声波吹灰和提高排烟温度等措施，可以有效避免黏性NH4HSO4的生成，从而避免空预器堵灰的加剧。

采用SCR脱硝技术后，并对原有空气预热器进行合理改造，采用闭式换热元件，增加高压在线水冲洗装置、将冷端的换热元件更换为镀搪瓷材料，采用新型密封元件减少空预器漏风等方案都能够有效预防和处理空预器堵灰和腐蚀。

参考文献

[1]沈又幸，解永刚.大型燃煤机组进行SCR烟气脱硝改造的技术探讨[J].电站系统工程，2010（02）.

[2]郭永华.加装选择性催化还原脱硝装置对锅炉设备的影响分析[J].华电技术，2013（07）.

〔编辑：李珏〕

摘 要：以河北国华定洲发电有限责任公司为例，结合其生产实际，分析了电站锅炉采取SCR脱硝技术后对空预器堵灰的影响，提出了预防空预器堵灰的措施和解决方案。

关键词：SCR脱硝技术；空预器；氮氧化物；脱硝装置

中图分类号：X773；TM621.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0059-02

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，据统计，我国67%的氮氧化物（NOx）排放来自于煤炭的燃烧。火电厂锅炉燃煤NOx排放控制是我国NOx排放总量控制的关键所在，随着《火电厂大气污染物控制排放标准》和《大气污染防治法》的颁布，越来越多的火电厂采取安装脱硝装置来控制NOx的排放。近年来，在火电厂进行脱硝改造中，SCR技术（选择性催化还原技术）以高脱硝率、几乎没有二次污染等特点，成为控制NOx排放的主流技术之一。然而，随着SCR脱硝系统的运行，空气预热器的阻力呈现增加的趋势，部分电厂出现空气预热器严重堵塞的现象，导致不得不停机清洗。

客观来说，火电厂进行SCR烟气脱硝改造之后，空气预热器阻力增加是不可避免的。此外，由于采用SCR技术使空预器运行条件发生变化，增大了空气预热器堵塞的可能性。河北国华定洲发电有限责任公司3号机组采用SCR脱硝技术投产以来，空预器多次出现蓄热元件冷端低温腐蚀堵灰的现象。图1、图2分别反映了空预器堵灰严重程度的照片和趋势，从图中可以看出，采取SCR脱硝技术后空预器堵塞程度较严重，且堵塞速度较快。

1 投入SCR脱硝后空预器堵灰机理分析

安装SCR脱硝系统后，对空预器的运行主要有以下影响：①在火电厂空气预热器烟气环境下，SCR 脱硝系统中的逸出氨（NH3）与烟气中的SO3、水蒸气生成硫酸氢铵凝结物，即NH3+SO3+H2O→NH4HSO4.硫酸氢铵在不同的温度下，会呈现出气态、液态或颗粒状等不同的状态。在150～200 ℃ 范围内，硫酸氢铵呈现为液态，而这一温度段正好属于空气预热器的中、低温段。液态的硫酸氢铵凝结物具有很大的黏性，附着在空气预热器受热面上，会捕捉烟气中的飞灰，严重影响了空气预热器的阻力和流通换热能力，同时，硫酸氢铵凝结物呈中度酸性，再次加剧了换热元件的腐蚀和堵灰。②火电厂燃煤生成的SO2在SCR脱硝装置中的活性成分V2O5的催化作用下生成SO3，烟气中SO2向SO3的转化率增加，即烟气中的SO3含量增加，加速了NH4HSO4的生成，同时也造成烟气酸露点温度升高。在这两个因素综合作用下，加剧了空气预热器的酸腐蚀和堵灰。③火电厂锅炉安装了SCR装置后，与原空预器比较，烟气通过该SCR装置阻力增加，造成SCR 空气预热器的热端压差增加了约25%，空气预热器的漏风率随之增加10%左右，漏风的增加进一步降低了空气预热器排烟温度，造成空预器低温腐蚀。

综上分析，SCR脱硝装置安装后，反应生成的硫酸氢铵在空气预热器受热面上的沉积是影响空气预热器堵塞的直接原因。而影响硫酸氢铵生成的主要反应物有NH3，SO3和H2O，减少硫酸氢铵生成可以从控制以上三种反应物含量入手。此外，为了降低SCR装置投产后的影响，还应对空预器进行必要的改造。

2 采用SCR脱硝技术后空预器堵灰预防和处理措施

2.1 降低烟气中NH4HSO4生成所需反应介质含量

2.1.1 降低烟气中NH3的含量

减少烟气中NH3的含量主要从控制进入催化剂之前NH3/NOx混合均匀性、减少NH3的逃逸率、控制烟气温度、提高SCR催化剂的催化活性等方面入手。一般NH3的逃逸率小于百万分之二、SCR装置反应空间烟气温度在300～430 ℃之间，有利于促进NH3充分反应，减少NH4HSO4生成。

2.1.2 减少烟气中SO3的生成

采用SCR方式后，催化剂中的钒不可避免地加快了SO2转化为SO3，使SO3增多。为了减少SO3的生成，应该采用低硫煤优化燃烧。

2.1.3 减少反应介质H2O的生成

烟气中H2O主要来源是锅炉燃烧所需空气结露和空预器蒸汽吹灰带入的水蒸气。为了减少该反应的介质，应及时安装风烟系统暖风器，以提高排烟温度，避免结露；采用声波吹灰器，避免水源带入。

2.2 对空预器结构和安装优化设计

针对锅炉加装SCR系统后对空预器产生的不利影响，需要对原空预器进行必要的改造，主要的方案有：①由于空气预热器中换热元件长期暴露在易腐蚀性、含尘的烟气环境下，所以选择换热器元件时应考虑其材质。原来空预器广泛采用碳钢和低合金耐腐蚀钢（LACR）用来制作换热器元件。但是在采取SCR脱硝方案后，需要调整和改造原空预器换热元件。镀搪瓷的换热元件由于具备较强的耐腐蚀能力、高强的耐机械和热冲击能力、较好的耐气流冲刷和磨损能力而被广泛采用。在硫酸氢铵容易生成的区域需使用镀搪瓷材料，来降低硫酸氢铵的沉积速率和酸的腐蚀速率。②空预器蓄热片采用闭式换热元件，闭式换热元件吹灰介质的能量能够有效地集中在某个通道内，但不会扩散到相邻通道内，这样会得到更好的吹灰效果。而对于开式换热元件，吹灰介质的能量会扩散到相邻通道中，沉积物受到的吹灰能力相对就弱一些，吹灰效果差。③针对SCR 空气预热器易堵灰的特点，在SCR 空预器的冷端需配置带高压水冲洗的双介质吹灰清洗装置。该装置为在线高压水冲洗系统中配置高压水泵，可以很大幅度地提高吹灰清洗效果。当空预器出现较严重堵灰迹象时，及时进行在线水冲洗。由于硫酸氢铵附着在换热器表面之后呈现出既黏又硬的特性，蒸汽吹灰不能有效地去除硫酸氢铵。当逃逸氨浓度和SO3浓度频繁超过百万分之二时，蒸汽吹灰器的效果较差，需要用高压水冲洗的方法来去除沉积的硫酸氢铵。④加装 SCR后，提高了空预器的热端差压，从而提高了漏风率。所以，需要改造空预器的密封系统，以降低漏风率。

3 结束语

逃逸氨在SCR烟气脱硝系统中是不可避免的，而SO3的含量在SCR烟气脱硝系统中也必然是会有所增加，而生成硫酸氢铵的温度区间恰好与空气预热器中换热元件的温度区间有重叠。所以当火电厂增加SCR脱硝系统之后，在空气预热器中必然会出现硫酸氢铵。但是优秀的SCR脱硝系统和空气预热器系统设计以及良好的运行操作维护是可以在很大程度上减轻或者避免硫酸氢铵对空气预热器的负面影响。

合理降低烟气中NH4HSO4生成所需的反应介质含量，有利于解决空预器堵灰的难题。通过减少SO3浓度、减少NH3逃逸率、采用声波吹灰和提高排烟温度等措施，可以有效避免黏性NH4HSO4的生成，从而避免空预器堵灰的加剧。

采用SCR脱硝技术后，并对原有空气预热器进行合理改造，采用闭式换热元件，增加高压在线水冲洗装置、将冷端的换热元件更换为镀搪瓷材料，采用新型密封元件减少空预器漏风等方案都能够有效预防和处理空预器堵灰和腐蚀。

参考文献

[1]沈又幸，解永刚.大型燃煤机组进行SCR烟气脱硝改造的技术探讨[J].电站系统工程，2010（02）.

[2]郭永华.加装选择性催化还原脱硝装置对锅炉设备的影响分析[J].华电技术，2013（07）.

〔编辑：李珏〕

摘 要：以河北国华定洲发电有限责任公司为例，结合其生产实际，分析了电站锅炉采取SCR脱硝技术后对空预器堵灰的影响，提出了预防空预器堵灰的措施和解决方案。

关键词：SCR脱硝技术；空预器；氮氧化物；脱硝装置

中图分类号：X773；TM621.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0059-02

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，据统计，我国67%的氮氧化物（NOx）排放来自于煤炭的燃烧。火电厂锅炉燃煤NOx排放控制是我国NOx排放总量控制的关键所在，随着《火电厂大气污染物控制排放标准》和《大气污染防治法》的颁布，越来越多的火电厂采取安装脱硝装置来控制NOx的排放。近年来，在火电厂进行脱硝改造中，SCR技术（选择性催化还原技术）以高脱硝率、几乎没有二次污染等特点，成为控制NOx排放的主流技术之一。然而，随着SCR脱硝系统的运行，空气预热器的阻力呈现增加的趋势，部分电厂出现空气预热器严重堵塞的现象，导致不得不停机清洗。

客观来说，火电厂进行SCR烟气脱硝改造之后，空气预热器阻力增加是不可避免的。此外，由于采用SCR技术使空预器运行条件发生变化，增大了空气预热器堵塞的可能性。河北国华定洲发电有限责任公司3号机组采用SCR脱硝技术投产以来，空预器多次出现蓄热元件冷端低温腐蚀堵灰的现象。图1、图2分别反映了空预器堵灰严重程度的照片和趋势，从图中可以看出，采取SCR脱硝技术后空预器堵塞程度较严重，且堵塞速度较快。

1 投入SCR脱硝后空预器堵灰机理分析

安装SCR脱硝系统后，对空预器的运行主要有以下影响：①在火电厂空气预热器烟气环境下，SCR 脱硝系统中的逸出氨（NH3）与烟气中的SO3、水蒸气生成硫酸氢铵凝结物，即NH3+SO3+H2O→NH4HSO4.硫酸氢铵在不同的温度下，会呈现出气态、液态或颗粒状等不同的状态。在150～200 ℃ 范围内，硫酸氢铵呈现为液态，而这一温度段正好属于空气预热器的中、低温段。液态的硫酸氢铵凝结物具有很大的黏性，附着在空气预热器受热面上，会捕捉烟气中的飞灰，严重影响了空气预热器的阻力和流通换热能力，同时，硫酸氢铵凝结物呈中度酸性，再次加剧了换热元件的腐蚀和堵灰。②火电厂燃煤生成的SO2在SCR脱硝装置中的活性成分V2O5的催化作用下生成SO3，烟气中SO2向SO3的转化率增加，即烟气中的SO3含量增加，加速了NH4HSO4的生成，同时也造成烟气酸露点温度升高。在这两个因素综合作用下，加剧了空气预热器的酸腐蚀和堵灰。③火电厂锅炉安装了SCR装置后，与原空预器比较，烟气通过该SCR装置阻力增加，造成SCR 空气预热器的热端压差增加了约25%，空气预热器的漏风率随之增加10%左右，漏风的增加进一步降低了空气预热器排烟温度，造成空预器低温腐蚀。

综上分析，SCR脱硝装置安装后，反应生成的硫酸氢铵在空气预热器受热面上的沉积是影响空气预热器堵塞的直接原因。而影响硫酸氢铵生成的主要反应物有NH3，SO3和H2O，减少硫酸氢铵生成可以从控制以上三种反应物含量入手。此外，为了降低SCR装置投产后的影响，还应对空预器进行必要的改造。

2 采用SCR脱硝技术后空预器堵灰预防和处理措施

2.1 降低烟气中NH4HSO4生成所需反应介质含量

2.1.1 降低烟气中NH3的含量

减少烟气中NH3的含量主要从控制进入催化剂之前NH3/NOx混合均匀性、减少NH3的逃逸率、控制烟气温度、提高SCR催化剂的催化活性等方面入手。一般NH3的逃逸率小于百万分之二、SCR装置反应空间烟气温度在300～430 ℃之间，有利于促进NH3充分反应，减少NH4HSO4生成。

2.1.2 减少烟气中SO3的生成

采用SCR方式后，催化剂中的钒不可避免地加快了SO2转化为SO3，使SO3增多。为了减少SO3的生成，应该采用低硫煤优化燃烧。

2.1.3 减少反应介质H2O的生成

烟气中H2O主要来源是锅炉燃烧所需空气结露和空预器蒸汽吹灰带入的水蒸气。为了减少该反应的介质，应及时安装风烟系统暖风器，以提高排烟温度，避免结露；采用声波吹灰器，避免水源带入。

2.2 对空预器结构和安装优化设计

针对锅炉加装SCR系统后对空预器产生的不利影响，需要对原空预器进行必要的改造，主要的方案有：①由于空气预热器中换热元件长期暴露在易腐蚀性、含尘的烟气环境下，所以选择换热器元件时应考虑其材质。原来空预器广泛采用碳钢和低合金耐腐蚀钢（LACR）用来制作换热器元件。但是在采取SCR脱硝方案后，需要调整和改造原空预器换热元件。镀搪瓷的换热元件由于具备较强的耐腐蚀能力、高强的耐机械和热冲击能力、较好的耐气流冲刷和磨损能力而被广泛采用。在硫酸氢铵容易生成的区域需使用镀搪瓷材料，来降低硫酸氢铵的沉积速率和酸的腐蚀速率。②空预器蓄热片采用闭式换热元件，闭式换热元件吹灰介质的能量能够有效地集中在某个通道内，但不会扩散到相邻通道内，这样会得到更好的吹灰效果。而对于开式换热元件，吹灰介质的能量会扩散到相邻通道中，沉积物受到的吹灰能力相对就弱一些，吹灰效果差。③针对SCR 空气预热器易堵灰的特点，在SCR 空预器的冷端需配置带高压水冲洗的双介质吹灰清洗装置。该装置为在线高压水冲洗系统中配置高压水泵，可以很大幅度地提高吹灰清洗效果。当空预器出现较严重堵灰迹象时，及时进行在线水冲洗。由于硫酸氢铵附着在换热器表面之后呈现出既黏又硬的特性，蒸汽吹灰不能有效地去除硫酸氢铵。当逃逸氨浓度和SO3浓度频繁超过百万分之二时，蒸汽吹灰器的效果较差，需要用高压水冲洗的方法来去除沉积的硫酸氢铵。④加装 SCR后，提高了空预器的热端差压，从而提高了漏风率。所以，需要改造空预器的密封系统，以降低漏风率。

3 结束语

逃逸氨在SCR烟气脱硝系统中是不可避免的，而SO3的含量在SCR烟气脱硝系统中也必然是会有所增加，而生成硫酸氢铵的温度区间恰好与空气预热器中换热元件的温度区间有重叠。所以当火电厂增加SCR脱硝系统之后，在空气预热器中必然会出现硫酸氢铵。但是优秀的SCR脱硝系统和空气预热器系统设计以及良好的运行操作维护是可以在很大程度上减轻或者避免硫酸氢铵对空气预热器的负面影响。

合理降低烟气中NH4HSO4生成所需的反应介质含量，有利于解决空预器堵灰的难题。通过减少SO3浓度、减少NH3逃逸率、采用声波吹灰和提高排烟温度等措施，可以有效避免黏性NH4HSO4的生成，从而避免空预器堵灰的加剧。

采用SCR脱硝技术后，并对原有空气预热器进行合理改造，采用闭式换热元件，增加高压在线水冲洗装置、将冷端的换热元件更换为镀搪瓷材料，采用新型密封元件减少空预器漏风等方案都能够有效预防和处理空预器堵灰和腐蚀。

参考文献

[1]沈又幸，解永刚.大型燃煤机组进行SCR烟气脱硝改造的技术探讨[J].电站系统工程，2010（02）.

[2]郭永华.加装选择性催化还原脱硝装置对锅炉设备的影响分析[J].华电技术，2013（07）.

〔编辑：李珏〕